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1、在無線電波和微波領(lǐng)域,人們通常使用天線來實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波信號(hào)的傳播和控制。在納米光學(xué)領(lǐng)域,人們采用納米天線結(jié)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)納米尺度下光輻射的增強(qiáng)和對(duì)光輻射的控制。金屬納米天線結(jié)構(gòu)在輻射源(熒光分子,量子點(diǎn)等)的照射下,會(huì)激勵(lì)出表面波,例如表面等離激元(Surface Plasmon Polariton,SPP),研究者通過控制納米天線的不同參數(shù),使表面波共振,來達(dá)到輻射增強(qiáng)的目的。雖然這些文獻(xiàn)中提到了表面波共振產(chǎn)生輻射增強(qiáng),但是并沒有定量化的給
2、出不同表面波對(duì)輻射增強(qiáng)的貢獻(xiàn)。也有研究者建立了解析模型,來研究輻射增強(qiáng)的物理機(jī)制,但是一部分解析模型采用了較多的近似,使得應(yīng)用的范圍非常有限,還有一部分解析模型只給出了部分參數(shù)的解析結(jié)果,無法完備的復(fù)現(xiàn)輻射過程的全部物理量,例如只計(jì)算了SPP在天線端面的反射系數(shù)等。
基于上述研究現(xiàn)狀,論文研究了SPP等表面波對(duì)金屬納米天線結(jié)構(gòu)輻射增強(qiáng)的影響,選取金屬納米線結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象,將其靠近一個(gè)點(diǎn)電流源(代表拉曼光或熒光分子、量子點(diǎn)等輻
3、射源),研究其輻射增強(qiáng)的機(jī)制。采用全矢量方法嚴(yán)格計(jì)算發(fā)現(xiàn),輻射速率的增強(qiáng)是來自于納米天線上表面等離激元和其它表面波的共振。
本文綜合考慮金屬納米天線上表面等離激元的激發(fā)和散射,建立了一個(gè)直觀的表面等離激元模型,利用模型來描述金屬納米天線影響點(diǎn)源輻射的物理過程,并分析輻射增強(qiáng)的物理機(jī)制。模型結(jié)果顯示,對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的支持高階共振模式的納米天線,在計(jì)算總的輻射速率,輻射場(chǎng)輻射速率和輻射方向圖時(shí),模型結(jié)果與全矢量方法的計(jì)算結(jié)果非常吻合
4、,表明對(duì)于這種情況,納米天線上的表面等離激元在點(diǎn)源輻射中起到主導(dǎo)作用。而對(duì)于較短的金屬納米天線,我們發(fā)現(xiàn)模型計(jì)算結(jié)果與全矢量方法的計(jì)算結(jié)果有著明顯的差別,表示這時(shí)除表面等離激元外,其它表面波同樣對(duì)點(diǎn)源輻射有著重要影響。通過分析滿足共振條件時(shí)的不同長(zhǎng)度納米天線表面的電磁場(chǎng),我們發(fā)現(xiàn)在天線長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),納米天線表面只有表面等離激元場(chǎng),而在天線長(zhǎng)度較短時(shí),納米天線表面除了表面等離激元,還有剩余場(chǎng)(residual wave)的存在。我們提供了一
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